Page 112 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 王 磊，等： 冲击作用下红砂岩动态破坏的围压效应 第 7 期

2.5 能量分析
岩石在动态响应中的核心物理行为为能量演化，其破坏本质为能量主导的失稳现象。岩石变形与
破坏是能量吸收、传递与耗散的动态过程。因此，研究 SHPB 冲击过程中能量动态演化与岩石破坏的关
联，有助于揭示由冲击荷载导致岩石强度退化与结构失效的内在机理。岩石在冲击作用下从变形到破
坏的全过程，也是能量在系统中输入、储存、耗散与释放的完整响应过程。
SHPB 实验中，控制气压使撞击杆获得初速度并撞击入射杆，从而实现对试件的冲击加载。入射
波、反射波和透射波的能量分别对应入射能 W 、反射能 W 和透射能 W 。基于一维应力波理论，可对这
R
I
T
3 种能量进行定量计算：
w t
2
W I = (A 0 c 0 /E 0 ) σ dt (5)
I
0
w t
2
W T = (A 0 c 0 /E 0 ) σ dt (6)
T
0
w t
2
W R = (A 0 c 0 /E 0 ) σ dt (7)
R
0
0 0 0 σ T 分别为入射波、反射
式中：A 为入射杆的横截面积，c 为应力波波速，E 为入射杆弹性模量， σ I 、 σ R 和
波和透射波的应力。
根据能量守恒定律，忽略杆件摩擦等耗能损失，可以得到耗散能 W ：
L
W L = W I −(W R +W T ) (8)
试件的入射能、反射能、透射能和耗散能如表 3 所示。

表 3 围岩条件下红砂岩冲击能量
Table 3 Impact energy of red sandstone under surrounding rock conditions
围压/MPa 应变率/s −1 入射能W I /J 反射能W R /J 透射能W T /J 耗散能W L /J
133.4 190.4 135.1 23.3 32.0
149.6 206.3 138.1 34.0 34.2
0
161.3 225.9 143.2 40.1 42.6
172.2 251.3 150.1 54.2 47.0
136.8 195.4 125.3 39.0 31.1
155.2 210.3 129.5 46.7 34.1
0.5
167.3 230.9 133.6 55.5 41.8
175.8 255.3 139.9 69.9 45.5
141.2 196.5 120.2 46.0 30.3
152.3 207.3 123.4 49.7 34.2
1.0
169.2 235.9 129.3 67.7 39.0
179.6 262.3 132.5 85.7 44.1
142.3 197.4 114.0 59.1 24 3
157.8 211.3 116.1 68.3 26.9
1.5
163.5 229.9 122.7 75.6 31.6
177.0 259.3 126.3 96.2 36.8

w L 可分别表示为：
反射率 w R 、透射率 w T 和耗散率
W R
w R = (9)
W I
W T
w T = (10)
W I

073102-8